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网络通信技术在变电站自动化系统中的应用

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  1  变电站自动化系统的数据通信

  1.1  变电站自动化系统的通信内容

  1.1.1  变电站内的信息传输内容

  (1) 电网稳态数据信息

  其中状态数据信息包含:各电压等级的断路器、隔离开关位置信号遥信;各保护及重合闸动作信号遥信;各保护回路及操作机构的异常信号遥信;主变有载开关档位信号。

  测量信息包含:主变高、低压侧及各电压等级线路有功功率、无功功率、电流和功率因数等;主变、线路、电容器、接地变有功/无功电量等;

  (2) 电网暂态数据信息

  在保护录波数据上主要有:主变压器、线路上、电容器上以及开关分/合闸等。

  (3) 设备运行数据信息

  1) 一次设备运行数据信息

  变压器油箱油面温度、绕组热点温度、油位等。

  2) 二次设备运行数据信息

  ① 装置运行工况信息;

  ② 进行设置相应的软压板进行信号的投退;

  ③ 进行设置相应的监视状态和报警信号装置;

  ④ 进行SV/GOOSE/MMS链路设置报告异常信号;

  ⑤ 设置的测控装置需要有关闭信号操作;

  ⑥ 网络通信设备运行状态及异常告警信号;

  (4) 辅助设备上的相应数据

  1) 状态数据信息

  ① 电源的进、出线路上的开关设置;

  ② 设备的工作情况以及断电时报警信号;

  ③ 安全报警信号;

  ④ 对环境指标监测的报警信号;

  2) 测量数据信息

  ① 各种电压、电流;

  ② 逆变的各种交、直流电压;

  ③ 环境中的温、湿度等;

  ④ 测定室内的氧气以及SF6浓度信息。

  1.1.2  自动化系统与控制中心的通信内容

  变电站自动化系统具有安全、可靠的性能,以及对断路器能够进行监视、测量和控制等,同时还能遥测、遥信、遥调、遥控全部的远动功能和时钟同步功能,可将变电站的相关信息发送到控制中心,也可以接受上级的调度数据和控制指令[3]。

  1.2  变电站自动化系统通信功能

  1.2.1  微机保护的通信功能

  微机保护的通信功能包括:接受监控系统查询、与监控系统通信、向监控系统传送事件报告及保护状态、向监控系统传送自检报告;校对时钟,与监控系统对时,修改时钟;整定值的修改等。

  1.2.2  自动装置的通信功能与信息内容

  自动装置的通信内容包括接地选线装置、备用电源自投、电压、无功自动综合控制与监控系统的通信。具体如下:

  ①小电流接地系统接地选线装置的通信内容,母线和接地线路,母线TV谐振信息接地时间,谐振时间,开口三角形电压值等;

  ②备用电源自投装置的通信功能,与微机保护通信功能相似;

  ③电压和无功调节控制通信功能,除具有与微机保护相类似的通信功能外,电压和无功调节控制还必须具有接收调度控制命令的功能。

  1.2.3  微机监控系统的通信功能

  (1) 具有扩展远动RTU功能。常规变电站远动RTU功能包括遥测、遥信、遥调、遥控的四遥功能。对无人值守的变电站,极大的拓展了传统变电站远动RTU功能范围,首先信息容量较大。主要是在安全保护上有很大的突破,比如对远方进行定值保护、以及故障录波测试等。

  (2) 具有与系统通信的功能。变电站微机监控系统与系统的通信具备两条独立的通信信道。一条是常规的电力线载波通道,另一条是数字微波通信或光纤通信信道。有的变电站微机监控系统要求具有多个远方调度中心的SCADA系统通信的功能,如可同时与县调、地调通信[4]。

  1.3  数据通信的传输方式

  1.3.1  并行数据通信

  并行数据通信是指允许很多数据同时进行运行,可以以字节的方式或者是字单位由专行道进行信息传递,对数据同传、同接。如图3.1(a)所示。

  并行传输速度快,但是在并行传输数据线外,往往还需要一组状态信号线和控制信号线,数据线的根数等于并行传输信号的位数。显然并行传输需要的传输信号线多、成本高,因此在短距离传输(通常小于10m)需要高传输速度的环境下比较常用。在变电站自动化系统的结构上,多为集中组屏式。

  1.3.2  串行数据通信

  (1)RS-232C接口标准

  由于RS-232属单端信号传送,所以对于噪声干扰影响较大,一般数据传递距离较近,在20m以内,适合于数据传输速率在0~20Kb/s范围内的通信。

  (2)RS 422/485接口标准

  RS-422是差模传输,支持点对多双向通信,最大传输距离为约1200米,最大传输速率为10Mb/s。在 100kb/s速率以下,才可能达到最大传输距离。RS-485接口主要是结合平衡驱动器和差分接收器一起,对噪声的抵抗性能较好。理论上,通信速率在100Kbps及以下时,RS485的最长传输距离可达1200米,最高传输速率为10Mbps。如图3.1(b)所示。

  1.4  数据远传信息通道

  变电站在进行远程通信时的通道一般比较多,主要有:有线信道和无线信道两种。前者有明线、电缆以及电力线载波和光纤通道;后者有短波、散射、微波中继和卫星通信等。

  1.4.1  绝缘架空地线载波通信

  电力信息传递时一般是运用电力线架空地线的模式,在放电时进行间隙接地,但是在正常运行时则需要进行绝缘处理,进行高频电流输送。与电力线载波通信相比,结合设备简单,造价低,且可扩展电力线载波通信频谱,送电线路检修接地期间可以不中断通信,受系统短路或接地事故影响较小,易实现长距离通信等。这种通信方式宜作输电线路维护检修通信用。

  1.4.2  电力线载波通信

  在电力信息传输时候主要是运用高架电力线中的相导线,当然这是电力输送时一种特有通信方式,可靠性以及经济性都比较高,在管理调度上也比较协调,所以在电力系统中是比较基本同时主要的通信方式,但是唯一的缺陷是有频谱进行束缚就不够完善。图3.2是电力线载波通信的基本原理和主要设备构成图。在A、B端进行语音信号传递时,首先是有调制变换成相应条件的高频信号,然后经由一定的设备线路进行传载到终端设备上,之后会由收信滤波器进行信号筛选,反馈到A端话音信号身上。反之,B端向A端进行电力信号输送也是一样的。

  1.4.3  微波中继通信

  微波是视距传播,它不像中、长波沿地球表面传播,也不像短波借助电离层的反射进行传播,由于地球表面是个曲面,所以微波传播的距离不可能很远。为了实现远距离传播,一般需要每隔40~50km设置一个微波中继站,组成一条接力通信电路。

  微波通信的通频带宽,通信容量大,可传送多种用途的通信信号。微波波段不易受大气及工业等外界干扰,所以通信的传输质量高,工作较稳定。另外,微波是在视距范围内的传播,所以不需要太大的发射功率。可以做出增益高,方向性强的天线,因此比短波通信保密性好。

  1.4.4  卫星通信

  卫星通信主要是借由天上的同步轨道通信卫星作为信号中转站,在不同地面区域上进行信号传递。相比于微波,卫星通信的优点是:对地形以及距离束缚较小,通信量较大,可靠度高,干扰性小。

  1.4.5  光纤通信

  光纤通信主要是借助光波作为传输媒介进行通信,主要的优点是:通信量较大,频带较宽以及传递距离远、抗干扰、抗辐射、重量轻、节省有色金属等,在电力系统运用还有较其它通信方式所不能比拟的一些优点,所以已经被逐渐的使用扩展开来。

  电力系统需要利用光纤进行传输的信息主要有:电话、远动、数据、远方保护、图像等。其中最普遍应用的是电话和远动信息的传输。这些信息的传输一般都以数字方式进行、而图像信号一般以模拟方式在光缆中占用独立的纤芯进行传输。

  脉冲编码调制PCM设备是常规的电子终端设备。光发射机实质上是一个电光调制器。它用PCM端机发出的数字脉冲信号来驱动电源,发出信号经由PCM调制成光信号脉冲,之后通过光纤传送到对方。在远端接受时有相应的光检测器,能够转化光信号成电信号,之后再经过一定处理传到PCM接收端机,转换成原始的信号。

  光纤线路则是信息传输的媒介。

  由于光源的非线性对数字信息影响较小,且数字制式本身又具有抗干扰能力强,传输质量高,易于采用大规模集成电路、调试维护简单等特点。因此作为多路通信的光纤通信系统大多采用数字制式。

  1) 专用光纤通道回路

  专用光纤通道应用于距离短,一般不大于60km的线路,在光纤网络不能组成环网或双路由的终端变电站使用较多。如图3.4所示:

  2) 复用光纤通道

  复用光纤通道应用于距离长的线路保护,利用率高。一对OPGW纤芯沟通SDH光设备,即可下发成百上千个2M通道,而一个2M通道又能下发30个64K通道,方便快捷,网管管理处设置可将中断的2M通道恢复。复用光纤通道回路中与专用光纤通道相比,增加了光设备(光端机)、PCM、保护通道接口装置,中间任何一个环节出现故障将使通信中断。